Inspirado en la diversión de jugar con Legos, un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Tecnología de Tianjin y la Universidad de Harvard ha utilizado la idea de ensamblar bloques de construcción para hacer realidad la promesa de los materiales de próxima generación.

Publicar en línea en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias Mar, 20, Nan Yang del Laboratorio de Diseño y Control Inteligente de Sistemas Mecatrónicos Avanzados y Jesse Silverberg del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica eliminaron un cuello de botella clave que ralentizaba la traducción del progreso científico a aplicaciones comerciales.

Silverberg lo describió así:"Los metamateriales están impulsando una revolución en la ciencia de los materiales. El enfoque actual de construir cosas cotidianas resulta ser limitado porque los materiales con los que trabajamos tienen un rango relativamente estrecho de propiedades y capacidades".

Los metamateriales van más allá de lo que se encuentra en la naturaleza al ensamblar elementos simples en patrones repetidos. A gran escala, estos componentes más pequeños influyen en la construcción más grande de formas inusuales. Yang señaló:"La variedad de aplicaciones está creciendo. Hoy vemos metamateriales mecánicos que se utilizan para dar forma al flujo de ondas vibratorias como terremotos para proteger edificios. Mañana, quién sabe qué será lo próximo ".

Los investigadores, sin embargo, les preocupaba que estos descubrimientos no se hubieran trasladado del laboratorio al mercado con la suficiente rapidez. Un desafío que señalaron fue el tiempo y la dificultad de diseñar para aplicaciones del mundo real.

Hace unos pocos años, El origami, el arte de doblar papel, fue reconocido por su capacidad para convertir rápidamente hojas planas en patrones 3D con propiedades metamateriales inusuales. "Aunque es fácil de plegar, el tiempo necesario para encontrar buenos diseños para problemas prácticos suele ser demasiado costoso, ", dijo Silverberg." Suponga que desea un metamaterial mecánico para absorber el impacto durante un accidente automovilístico. ¿Cuál es el mejor diseño para eso? E incluso si encuentra un buen patrón de plegado, ¿Encaja siquiera con el chasis del coche? "

Tanto Yang como Silverberg tienen hijos pequeños. Describieron su momento 'ah-ha' así:"Estábamos trabajando hasta tarde una noche por Skype y nos dimos cuenta de que la solución estaba literalmente en el suelo frente a nosotros. ¿Qué pasaría si pudiéramos construir metamateriales como nuestros hijos construyen con Legos?"

Esta idea llevó a los investigadores a diseñar un conjunto estándar de componentes básicos. "Empezamos a diseñar una unidad básica, algo así como el clásico ladrillo Lego de 2 por 4, pero en lugar de hacerlos en diferentes colores, les dimos diferentes propiedades mecánicas. Uno rígido uno suave, etc, "dijo Silverberg. Una vez diseñado, el equipo pudo crear estructuras más grandes y elaboradas de la misma manera que sus hijos creaban barcos y robots multicolores.

Como ejemplos, los investigadores mostraron cómo ensamblar dos tipos diferentes de "materiales de encubrimiento" mecánicos. También dieron ejemplos de cómo un conjunto predeterminado de propiedades se puede diseñar en estructuras 3D arbitrarias, un desafío muy esquivo desde el comienzo de la investigación de metamateriales.

Yang continuó, "Ahora que tienes una estrategia básica, estamos trabajando en el diseño de aún más 'ladrillos' y métodos para ensamblarlos rápidamente ". Silverberg agregó:"Mirando hacia el futuro, prevemos herramientas que permitan a cualquier persona con una computadora diseñar fácilmente metamateriales complejos ".